铅污染土壤清洗技术及清洗后对植物生长发育影响的研究

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铅是人体非必需元素,人体吸收过量的铅会导致严重的脏器及神经损伤。随着我国工业化的快速发展和城市化建设的不断加快,原本位于市区的工业企业大部分都搬迁到了郊外,这些企业遗留下的污染场址成为环境危害的巨大的隐患。涉铅企业特别是铅蓄电池制造和回收行业被“十二五规划”列为重点整治行业,因此大量铅蓄电池厂关闭搬迁,大量铅污染土壤被留在搬迁场址中。如何能快速、彻底的修复这种单一铅污染场地并保留土壤的利用价值是亟待解决的问题。土壤清洗法是利用土壤清洗设备、清洗液回收利用设备和清洗后土壤脱水压滤设备组成的成套可移动式土壤清洗设备,加入配方清洗剂,调节设备技术参数从而对污染土进行清洗修复的技术,这种技术在国外的污染场地治理中经常可以见到,如葡萄牙Almada造船厂重金属污染场址的修复和伦敦奥运会会场的修复等。这种工程实践在我国实施较少,由于污染源的不同及土壤理化条件的不同使得我们不能将国外的成熟经验直接套用于我国的场地修复工程,需要对实际污染场地进行实验研究与验证,找到应用于特定场地的特定清洗剂种类、剂量和最佳的条件参数。本研究为了使实验过程更加接近于实际清洗过程,以我国西南某铅蓄电池厂厂区内不同生产车间附近土壤为研究对象,并且使用前人经过实验研究筛选出的对于场地修复效果较好的七种清洗剂,分别为EDTA-Na2、EDDS-Na3、盐酸、柠檬酸、鼠李糖脂、SDS和皂素,利用不同浓度梯度的清洗剂分别对不同负荷铅污染土壤进行振荡清洗实验对清洗剂的种类和浓度进行筛选,通过调节清洗液的pH、温度和清洗时间对污染土壤清洗过程的参数进行选择,并对清洗前后土壤中铅形态的变化进行分析,不仅从最大量去除铅总量的角度选取最适宜的清洗条件,更从最大程度降低环境风险的角度对清洗条件进行进一步的优化。为了验证清洗效果及清洗后土壤的可利用性,利用清洗后土壤对比洁净土栽培玉米幼苗测定部分生理指标判断清洗后铅浓度及清洗剂的加入对其生长发育的影响。实验结果表明:1.七种清洗剂的最适宜浓度分别为:EDTA-Na2:0.05mol.L-1、EDDS-Na3:0.05mol.L-1、柠檬酸:0.1mol.L-1、SDS:0.02mol.L-1、盐酸:1mol.L-1、鼠李糖脂:2%、皂素:20mg.L-1。在利用清洗法修复铅污染土壤时建议使用EDTA-Na2、EDDS-Na3、盐酸、柠檬酸作为主要清洗剂,可利用鼠李糖脂作为辅助清洗剂。EDTA-Na2、EDDS-Na3对于高度铅污染的土壤清洗有明显的优势,柠檬酸优势不明显。2.利用EDTA-Na2在不同pH条件下对4点位污染土壤清洗的数据表明,在弱酸性的条件下4点位的土均能达到最佳的铅去除率,并且清洗液的最佳pH范围与污染土本身的酸碱程度有关;分析清洗前后铅形态变化趋势及铅的结合强度系数和再分配系数后表明,相对于清洗前的原土铅形态来说,不同pH均能有效地减少土壤中的活动态铅(除残渣态外的形态),但在酸性条件下(pH=2或4时)清洗后土壤中残渣态铅含量占到最大值,说明酸性环境不但在铅提取效率上有优势,同时对于环境风险的减弱也是合适的条件;通过对清洗液温度调节的实验得出清洗液温度在3040℃时,清洗剂能发挥最佳的清洗效果。3.通过对污染土壤筛分粒径后分别清洗发现,三种粒径污染土壤的清洗难度为粉粘粒>粗沙粒>细沙粒,随着清洗时间的增加,铅的去除率持续升高,当清洗时间达到240min时,4点位的污染土壤均能达到较好的去除率,清洗时间继续增加,去除率增速缓慢,所以将清洗时间定为240min较为合适。4.通过清洗后土壤种植玉米幼苗的实验得出:300mg.kg-1的铅浓度对玉米种子的萌发没有明显的影响,但600mg.kg-1的铅浓度对玉米种子的萌发率及生长状况均有明显的抑制作用;铅浓度是细胞质膜渗透率变化的主要因素,柠檬酸能降低铅对细胞质膜的影响,EDTA-Na2的作用不明显;抗氧化酶系统对抵抗铅和清洗剂胁迫均有一定的作用,SOD在酶系统中对铅的响应最为敏感,可以将其作为指示铅污染对玉米生长影响的指标;随铅浓度的增大对玉米幼苗生长影响增大,但是柠檬酸的加入能有效缓解这一现象,EDTA-Na2却加大了玉米幼苗对铅的吸收,从幼苗根、茎、叶三部分铅累积的情况看可知,柠檬酸和EDTA-Na2均能促进玉米幼苗对铅的吸收,根部能有效的吸收并固着铅,有效的阻碍铅向地上部分运输,一定程度保护了茎和叶的发育。
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